双模式盾构机及施工简介20150327

1、广州市轨道交通九号线施工广州市轨道交通九号线施工2 2标标花都汽车城站花都汽车城站- -广州北站盾构区间广州北站盾构区间 盾体长约8.92米，8节台车总长约77.35米。台车上配套的设备比单一模式的盾构机多，不仅布置环流系统设备，还布置渣土输送系统。新的概念、新的概念、新的系统、新的系统、新的产品，新的产品，具有国家专具有国家专利。利。能在控制工程能在控制工程风险、减少地风险、减少地面预处理、严面预处理、严控敏感地段的控敏感地段的地层沉降、快地层沉降、快速掘进等方面速掘进等方面发挥显著地作发挥显著地作用，从而能降用，从而能降低综合成本，低综合成本，减少扰市扰民减少扰市扰民。两个模式可独两个模式

2、可独立运行又可互立运行又可互相支持。土压相支持。土压模式下利用泥模式下利用泥水系统稳压、水系统稳压、造泥膜气压开造泥膜气压开仓等，泥水模仓等，泥水模式下利用土压式下利用土压的泡沫系统注的泡沫系统注水防泥饼、利水防泥饼、利用螺旋机排大用螺旋机排大粒径渣土等。粒径渣土等。自稳性强的地自稳性强的地层采用土压模层采用土压模式掘进，自稳式掘进，自稳性差的地层采性差的地层采用泥水模式掘用泥水模式掘进。在地质和进。在地质和地面环境方面地面环境方面实现了最广泛实现了最广泛的通用性，的通用性，适应性强适应性强环保经济环保经济技术突破技术突破功能齐全功能齐全 双模式盾构机的特点双模式盾构机的特点切换便捷切换便捷两

3、种模式切两种模式切换不需在特换不需在特定条件下拆定条件下拆装任何部件，装任何部件，实现安全、实现安全、快速的连续快速的连续切换。切换。 随着泥水、土压盾构掘进的经验积累和对两种模式盾构机的认识不断加深，双模式盾构机的设计理念逐步成熟。实现了泥水模式与土压模式在同一盾构机上集成的系统设计，能够根据实际需要实现泥水或者土压盾构掘进功能并能快捷切换，该型设备系国际首创，目前已成功获得国家专利。 双模式盾构机的设计理念双模式盾构机的设计理念 一般来说盾构设备的种类与地质条件是相对应的，目前采用的基本都是单模式盾构机。因此盾构机适应地层环境、地表环境和长距离的工作能力受到极大限制。 特别是在穿越行进地区

4、的地质情况变化较大，较为复杂的地段，地表建构筑物、江河流域、管线等复杂环境。单一掘进模式的盾构机容易出现掘进困难等问题。 传统的单一模式盾构机是通过选型比选、适应性评估，一是选定土压平衡式盾构机或泥水平衡式盾构机中的一种；二是同时选定两种盾构机，分别应用到工程中，致使增加设备投入或增加始发工作井等高额的费用。由于盾构机单一模式的局限性，这种方法一旦选定，应用在隧道施工中就无法更改，倘若必须要变更盾构机则需花费非常大的经济代价和工期代价。影响施工工期，增加工程成本，对施工建设造成不利影响。 凡能满足土压盾构掘进、泥水盾构掘进施工的工程环境，均可适用。尤其是隧道区间较长时需要穿越不同地层、地表建构

5、筑物、江河流域、管线等复杂环境，可以选取不同模式进行掘进施工。一机两用一机两用具备土压盾构机高效掘进的特点达到泥水盾构机沉降控制精度高的优点开挖直径6300盾构机主要结构部分1、刀盘2、筒体3、主轴承4、推进油缸5、螺旋机6、皮带机7、拼装机8、喂片机9、张出台10、桥架11、双轨梁12、电气13、注浆系统14、台车15、泡沫系统16、泥水系统（P2泵、P0泵、浆管） 根据配套设备外型、体积、重量灵活布置在台车上，尽量缩短后续配套台车总长度。布置合理化的同时符合环境保护、防火及其它安全生产的要求，从而构造更良好的操作和维护环境，便于安装及维修。设计掘进速度为设计掘进速度为50mm/min50m

6、m/min，配备了，配备了6 6个个160KW160KW刀盘电机（总功率刀盘电机（总功率960KW960KW）、刀盘）、刀盘最大扭矩最大扭矩6528KN.m6528KN.m、刀盘转速、刀盘转速0.3-3.0rpm0.3-3.0rpm。 24个盾构机推进油缸（行程1900mm）、总推力最大3600吨、16个主动铰接油缸总推力最大3200吨。 注浆系统采用的是“单液同步注浆系统+二次双液补充注浆”两套系统+三台柱塞泵”的配置方式。 六台泡沫泵各自独立提供动力，实现了大流量、高压力、故障率低，泡沫出孔无堵塞的设计要求。盾构机盾构机P0P0泵小循环系统泵小循环系统双模式盾构机的主要构件、系统简介双模式

7、盾构机的主要构件、系统简介1、刀 盘 尺寸：6280mm，可选装17寸滚刀和刮刀 带超挖刀，超挖范围035mm。 软、硬地层刀具配置2、筒体前筒体前筒体中筒体，含铰接中筒体，含铰接3、主轴承主轴承主轴承与刀盘的定位与刀盘的定位4、推进油缸5、螺旋机螺旋机全貌螺旋机全貌螺旋机安装就位螺旋机安装就位6、皮带机皮带机全貌皮带机全貌皮带机的安装皮带机的安装7、拼装机拼装机全貌拼装机全貌拼装机定位拼装机定位8、喂片机9、张出台10、桥架11、双轨梁双轨梁的安装12、电气13、注浆系统14、台车15、泡沫系统泡沫泵泡沫泵6个泡沫注浆口个泡沫注浆口16、泥水系统双模式盾构机的对比双模式盾构机的对比双模式盾构

8、机、泥水盾构机、土压盾构机三种设备上的对比序号项目各称双模式盾构机泥水盾构机土压盾构机备注1刀盘2盾体3人闸4主轴承5推进及铰接6拼装机7螺旋机8皮带机9P0、P1、P2泵、中继泵10泥水系统阀组11泡沫系统配备、不配备配备、不配备后配套设备及主要材料的对比序号项目各称双模式盾构机泥水盾构机土压盾构机备注145T龙门吊225T/16T龙门吊3泥浆处理系统4泥浆处理场地5泥浆输送管路6弃渣池743kg/m轨道822kg/m轨道9挖掘机2台1台1台配备、不配备配备、不配备龙门吊方面，由于需要吊运渣土，所以需要配置45T式的；泥浆管路随掘进进尺铺设，随时满足盾构模式连续切换的需求； 需建造满足土压盾

9、构掘进的弃土渣池和泥水处理设备系统及泥浆处理的场地，在临时占地规模与单一模式盾构施工相比，需较大用地规模。但两种场地可以互用临时堆放渣土，减少了因渣土外运因素影响盾构停机。另外，使用的电瓶车为45T，相比泥水盾构机对轨枕的铺设和材料使用要求更高，采用43kg/m级轨道。还有，对中控手（司机）专业业务水平高要求，既要会操作盾构、又要会操作环流；其次对机修维保人员技术水平要求高。人员配置上的对比序号项目各称双模式盾构机泥水盾构机土压盾构机备注1盾构机中控手（司机）221每台每班2泥浆处理机的操作3303管路（水管、气管、风管、泥浆管）连接331龙门吊龙门吊泥浆处理系统，泥浆处理场地泥浆处理系统，泥

10、浆处理场地电瓶车渣土运输、管片电瓶车渣土运输、管片成型隧道成型隧道盾构机始发盾构机始发控制室控制室管路情况：管路情况：自来水管、污水管、气管、泥浆管、风管；人行通道、水平运输通道；自来水管、污水管、气管、泥浆管、风管；人行通道、水平运输通道；线路情况：线路情况：动力线、照明线、视频线、通讯线、动力线、照明线、视频线、通讯线、自来水管自来水管污水管污水管气管气管泥浆管泥浆管照明、通讯照明、通讯运输通道运输通道人行通道人行通道风管风管视频线视频线盾构机应用情况简介盾构机应用情况简介工程应用概况工程应用概况采用两台泥水/土压双模式盾构机施工，右线单线总长1679.608米，左线单线总长1682.88

11、3米，从花都汽车城站始发往广州北站掘进。盾构自西向东需下穿：风神大道、农新路两条主干道；下穿荔红路下沉隧道、天马河、农新排水站、广清高速公路、7.3米1.9米污水渠箱；侧穿：天马河西岸楼盘、天马河一号楼盘、农新大桥、祈福辉煌台楼盘、布心塘村天然地基居民楼群，三维立体沉降控制要求非常高。右线土压模式始发现推进完成820米左线泥水模式始发现推进完成590米盾构16次安全通过岩溶处理区域左、右线盾构共进行了14次模式切换。初步掌握了盾构在全断面砂层、粘土层、加固体、灰岩地层、上软下硬复合地层等条件下的切换技术和应对措施管理。真正实现不不需在特定条件下拆装任何部件，就能安全、快速的连续切换。需在特定条

12、件下拆装任何部件，就能安全、快速的连续切换。 本区间盾构开挖面以砂层为主占本区间盾构开挖面以砂层为主占56%56%，灰岩线长（上软下硬）占，灰岩线长（上软下硬）占45%45%，其余部分，其余部分夹杂粘土；溶土洞见洞率为夹杂粘土；溶土洞见洞率为63%63%，裂隙发育。岩面直接过度到砂层，砂层非常厚，裂隙发育。岩面直接过度到砂层，砂层非常厚，渗透性大；线路沿风神大道、农新大道行进。渗透性大；线路沿风神大道、农新大道行进。就地层而言对沉降控制要求非常高：就地层而言对沉降控制要求非常高： 一是一是盾构始发即开始下穿泥浆处理场（上覆大型设备）、风神大道全断面砂层盾构始发即开始下穿泥浆处理场（上覆大型设备

13、）、风神大道全断面砂层时掘进、在下穿天马河河堤（高差时掘进、在下穿天马河河堤（高差8 8米）时均采用泥水模式通过，充分利用了双模米）时均采用泥水模式通过，充分利用了双模式盾构机在地质和地面环境方面的最广泛通用性，做到了沉降控制优良，减少振动式盾构机在地质和地面环境方面的最广泛通用性，做到了沉降控制优良，减少振动的施工效果。的施工效果。 二是二是掘进岩面变化起伏非常大，同一环掘进断面岩面线不同，盾构在上软下掘进岩面变化起伏非常大，同一环掘进断面岩面线不同，盾构在上软下硬地层掘进超过硬地层掘进超过450450米，占米，占33%33%。岩面最高达到。岩面最高达到4 4米，强度大、岩面起伏大，同一断米

14、，强度大、岩面起伏大，同一断面上左、右线岩面变化大。由于上覆砂层很厚、盾构进入岩溶区，沉降控制是关键。面上左、右线岩面变化大。由于上覆砂层很厚、盾构进入岩溶区，沉降控制是关键。应用效果应用效果上软下硬地区掘进，裂隙发育上软下硬地区掘进，裂隙发育岩溶地区掘进，裂隙发育，强度较大岩溶地区掘进，裂隙发育，强度较大 在荔红路、天马河、农新排水站、广清高速公路、区域出现上软下硬地层，微风化岩侵入隧道高度在1m-4m；靠近广州北站端出现全断面岩层地层，上软下硬地层对盾构设备的强度要求更高，且盾构姿态控制较难，容易形成抬头或偏位。 编编 号号岩岩 层层 名名 称称范围值（范围值（MPa）平均值平均值（MPa

15、）标准值（标准值（MPa）强风化碳质灰岩强风化碳质灰岩中风化泥质粉砂岩中风化泥质粉砂岩2.07-4.112.912.45中风化炭质灰岩中风化炭质灰岩20.1-4537.634.6微风化灰岩微风化灰岩41.8-93.267.565 三是安全顺利通过溶土洞，未发生沉降过大、坍塌等问题。结合溶洞的处三是安全顺利通过溶土洞，未发生沉降过大、坍塌等问题。结合溶洞的处理及浓泥浆的技术，掘进控制流畅。理及浓泥浆的技术，掘进控制流畅。 四是土压模式下利用泥水系统稳压，具体体现在盾构穿越土压模式下利用泥水系统稳压，具体体现在盾构穿越溶洞区域和全断面区域和全断面富水砂层。由于岩溶裂隙很发育，砂层厚地下水丰富，盾构

16、掘进有。由于岩溶裂隙很发育，砂层厚地下水丰富，盾构掘进有失压（压力偏（压力偏低）、低）、保压困难、喷涌等现象；可快速利用管路将泥浆送至掌子面，快速稳压，等现象；可快速利用管路将泥浆送至掌子面，快速稳压，并结合并结合浓泥浆或惰性浆的使用，可有效解决上述问题。的使用，可有效解决上述问题。 在造泥膜进行气压开仓方面：可有效利用泥水系统进行在造泥膜进行气压开仓方面：可有效利用泥水系统进行泥膜制作，稳定可行有稳定可行有效。效。区间共进行了区间共进行了4次泥膜制作。次泥膜制作。 另外泥水模式下利用土压的泡沫系统，在刀盘前方的注水孔和泡沫孔可进行泥水模式下利用土压的泡沫系统，在刀盘前方的注水孔和泡沫孔可进行

17、注入改良剂，改良剂，防结泥饼；结合双模式环流系统，区间推进；结合双模式环流系统，区间推进1300余米（其中粘土层占余米（其中粘土层占15%），开仓检查无结泥饼现象。其次），开仓检查无结泥饼现象。其次，利用螺旋机，利用螺旋机排大粒径石块，通过浓泥浆，通过浓泥浆配置，利用其的特性来实现排石。配置，利用其的特性来实现排石。 4242* *20cm20cm 盾构机下穿的重大风险源：盾构机下穿的重大风险源： 1、下穿河流、下穿河流 存在浅覆土、抛填石、溶洞发育、上软下硬等复合地层，上覆砂层稳定性极差。天马河为花都区的景观河，环境保护要求高；而距离盾构隧道左线14.5米处即为农新大桥桥桩，桥上车流繁多，施

18、工中的地面保护非常重要，在这两个因素盾构下穿施工带来了极大的困难。本案目前属全国第一例在岩溶区下穿河流的施工。 2、下穿河流、下穿河流 除在各单位亲历指导，制定措施、落实应急管理措施外。掘进主要采用“泥水模式掘进为主，土压掘进排石”的组合拳，充分发挥出双模式盾构机的优点。也采用逆循环或备用管正循环+半逆循环的方式，有效避免了排渣困难的风险。在下穿段除部分冒气泡外，无冒浆等异常问题。注浆系统和泡沫系统发挥稳定。 盾构机下穿的重大风险源：盾构机下穿的重大风险源：2、建构筑物、建构筑物 一是在风神大道至荔红路段有一条1米直径的污水管，近距隧道6米，沿隧道行进方向共300米。该区域进行了4次切换，岩溶区域。左线泥水、右线土压模式均有使用，沉降控制较好。安全顺利，无异常安全顺利，无异常 盾